半導(dǎo)體納米粉體的制備及氣敏性能研究

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1、半導(dǎo)體納米粉體的制備及氣敏性能研究半導(dǎo)體納米粉體的制備及氣敏性能研究報(bào)告半導(dǎo)體納米粉體的制備及氣敏性能研究一、文獻(xiàn)綜述（一）半導(dǎo)體納米粉體（1）半導(dǎo)體定義電阻率介于金屬和絕緣體[1]之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。半導(dǎo)體室溫時(shí)電阻率約在10E-5～10E7歐姆?米之間，溫度升高時(shí)電阻率指數(shù)則減小。半導(dǎo)體材料很多，按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體；化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ

2、-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在極低溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶(見能帶理論)，受到熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會(huì)越過禁帶進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶，價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成一個(gè)帶正電的空位，稱為空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴合稱電子-空穴對(duì)，均能自由移動(dòng)，即載流子，它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成宏觀電流，分別稱為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為

3、本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會(huì)落入空穴，電子-空穴對(duì)消失，稱為復(fù)合。復(fù)合時(shí)釋放出的能量變成電磁輻射（發(fā)光）或晶格的熱振動(dòng)能量（發(fā)熱）。在一定溫度下，電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)半導(dǎo)體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時(shí)，將產(chǎn)生更多的電子-空穴對(duì)，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體的電阻率較大，實(shí)際應(yīng)用不多。導(dǎo)體納米材料的概念納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料(nano63百手起駕整理為您半導(dǎo)體納米粉體的制備及氣敏性能研究material)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍

4、之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。半導(dǎo)體納米線和半導(dǎo)體氧化物納米帶可用于研制納米器件。氧化物的多樣性又使其覆蓋了幾乎所有的金屬學(xué)和固體物理的研究領(lǐng)域，包括超導(dǎo)、鐵電性、磁性質(zhì)等。二維的半導(dǎo)體氧化物，如ZnO、SnO2、In2O3和CdO,更是具有獨(dú)特的性質(zhì)，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于傳感材料和氣體探測(cè)感應(yīng)裝置。例如，攙雜有

5、氟的SnO2薄膜被廣泛應(yīng)用于建筑物門窗的玻璃上，因?yàn)樗鼘?duì)于紅外線有較低的發(fā)射率。而SnO2的納米顆粒被認(rèn)為是氣體探測(cè)感應(yīng)器的最重要的傳感材料，因?yàn)樗鼘?duì)很稀薄的氣體也具有較高的敏感度，被用于檢測(cè)如H,S,CO等一些可燃的還原性氣體的泄漏。（2）半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體五大特性∶電阻率特性，導(dǎo)電特性，光電特性，負(fù)的電阻率溫度特性，整流特性。在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素，導(dǎo)電性能具有可控性。在光照和熱輻射條件下，其導(dǎo)電性有明顯的變化。晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣，稱為晶格。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：相鄰的兩個(gè)原子的一對(duì)最

6、外層電子（即價(jià)電子）不但各自圍繞自身所屬的原子核運(yùn)動(dòng)，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，構(gòu)成共價(jià)鍵。自由電子的形成：在常溫下，少數(shù)的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得足夠的能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子?？昭ǎ簝r(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子而留下一個(gè)空位置稱空穴。電子電流：在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電子電流?？昭娏鳎簝r(jià)電子按一定的方向依次填補(bǔ)空穴（即空穴也產(chǎn)生定向移動(dòng)），形成空穴電流。本征半導(dǎo)體的電流：電子電流+空穴電流。自由電子和空穴所帶電荷極性不同，它們運(yùn)動(dòng)方向相反。載流子：運(yùn)載電荷的粒子稱為載

7、流子。導(dǎo)體電的特點(diǎn)：導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子，即自由電子導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體電的特點(diǎn)：本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。本征激發(fā)：半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。復(fù)合：自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。動(dòng)態(tài)平衡：在一定的溫度下，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對(duì)，與復(fù)合的自由電子與空穴對(duì)數(shù)目相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。載流子的濃度與溫度的關(guān)系：溫度一定，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵束縛的

8、自由電子增多，空穴也隨之增多（即載流子的濃度升高），導(dǎo)電性能增強(qiáng)；當(dāng)溫度降低，則載流子的濃度降低，導(dǎo)電性能變差。結(jié)論：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對(duì)溫度的敏感性，可制作熱敏和光敏器件，又造成半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。雜質(zhì)半導(dǎo)體